Занимательная микроэлектроника

Для лучшего понимания всех заумных материй, излагаемых в этой книге, читателю с самого начала следует хорошо осознать важное правило, которое заключается в эквивалентности программ и «железа»: любую программу можно реализовать аппаратными средствами, любые (цифровые) аппаратные средства можно заменить исполняющейся программой. Существует формальное доказательство этого утверждения, и оно (утверждение) часто используется на практике, например, во многих микропроцессорах различные процедуры выполняются за счет «зашитых» в них программ. Именно этот принцип привел к тому, что микроконтроллеры стали универсальными электронными приборами, способными заменить почти любую электронную схему, реализованную «по старинке».

Несколько слов о том, как пользоваться книгой. Она рассчитана на тех, кто делает все своими руками и занимается конструированием дома (поэтому, например, я не рекомендую компоненты для поверхностного монтажа, т. к. платы под них своими руками изготовить достаточно сложно, и еще труднее их отлаживать). Книга отличается от большинства имеющихся руководств тем, что почти все описанные здесь схемы подробно до мелочей разобраны шаг за шагом, так, чтобы при повторении конструкции у вас не возникало вопросов, зачем нужен тот или иной резистор и почему его сопротивление именно такое.

Но эта книга не самодостаточна. Хотя некоторые технические характеристики популярных компонентов (в основном отечественных) приведены в Приложении 3, но это капля в море. Вам как минимум понадобятся различные справочники — по транзисторам, микросхемам, и особенно по микроконтроллерам. К счастью, сейчас не требуется всю эту литературу иметь под рукой, поскольку многое доступно через Интернет. По западным компонентам в Интернете можно найти абсолютно все самые подробные описания и рекомендации по использованию (т. н. Data Sheets и Application Notes), которые в «бумажном» варианте все равно не существуют. Однако они, естественно, на английском, что осложняет задачу новичка. И хотя некоторые технические описания переведены на русский и такие переводы тоже можно разыскать (например, на сайтах gaw.ru, telesys.ru находится крупнейший русскоязычный форум по электронике, где можно обменяться различными сведениями и получить квалифицированный совет), все же следует, по возможности, обзавестись русскоязычными «бумажными» справочниками и пособиями, например [1–3, 5–7, 9].

В отличие от большинства других радиолюбительских изданий, описания конструкций в книге не приводятся. Во-первых, повторить устройство в точности с теми компонентами, которые приведены в описании, как правило, не получается, да это совершенно и не требуется, так что в большинстве случаев плату придется все равно перерабатывать. Во-вторых, лично я никогда не повторял опубликованных конструкций в точности, стараясь улучшить или упростить схему, и в этой книге вы почти всегда найдете рекомендации по улучшению характеристик или расширению функциональности описанного прибора.

Наконец, есть и еще один момент, скорее методического порядка — разрабатывая печатную плату и конструкцию устройства самостоятельно, вы намного лучше вникаете в работу схемы, после чего отладка и регулировка ее значительно упрощаются. Мое глубокое убеждение состоит в том, что плату нужно делать самостоятельно, под выбранный корпус, а не подгонять его габариты под имеющуюся плату, в результате чего самодеятельные изделия иногда бывают весьма уродливыми.

Как разрабатывать схемы?

И, наконец, рискуя утомить читателя, все же скажу несколько слов о том, как вообще следует разрабатывать и отлаживать схемы. Самый эффективный метод — «сборка» нужной схемы из готовых и заранее отлаженных фрагментов. Эта операция совершенно аналогична тому, как программисты «собирают» программы из готовых и заранее отлаженных процедур (вот он, принцип эквивалентности программ и «железа» в действии!). Каждая такая процедура представляет собой «черный ящик», у которого есть входы и выходы для обмена с другими частями программы, причем в общем случае вы даже не знаете, как она устроена внутри — точно так же, как вы не знаете, что именно размещается внутри микросхемы.

Вы берете микросхему, подсоединяете к ней внешние элементы в соответствии с рекомендациями производителя, и получаете готовый узел, который соединяете с другими подобными узлами. Точно так же следует поступать в случае, если узел представляет собой уже не отдельную микросхему, а законченный фрагмент устройства. Наращивая иерархию отлаженных заранее узлов, вы сэкономите гораздо больше времени, чем при сборке схемы целиком и дальнейшем выяснении, куда что припаяно. Кроме всего прочего, при таком образе действий, когда схема разбивается на отдельные узлы-кирпичики, ее гораздо легче «удержать» в голове и мысленно анализировать ее работу.